가. 스마트 홈
1) 스마트 홈 개요
스마트 홈은 효율관리 대상기기인 가전기기와 가정 부문의 수도, 전 기, 냉난방 시스템 등을 IoT로 연결하고 스마트폰 등을 이용하여 원격 으로 제어하는 지능형 시스템으로서 에너지사용 기기들에 AI, IoT, 클 라우드, 빅 데이터, 모바일 등의 4차 산업 핵심기술들이 적용되는 대표 적인 사례이다.
[그림 2-20] 스마트 홈 비즈니스모델의 발전단계
자료 : 산업통상자원부(2017b, p. 37)
스마트 홈 기술은 1980년대 ‘홈 오토메이션’으로 시장에 처음 등장하 였으며 1990년대에는 인터넷과 기기들의 네트워크화 기술의 발전에 따 라 ‘홈 네트워크’로 발전하였다. 최근에는 무선 네트워크, 통신 모듈, 센서, 스마트 단말기 등의 기술발전과 AI, IoT, 빅 데이터 등의 고급 기
술들이 접목되면서 가정이 고도로 지능화될 수 있는 ‘스마트 홈’단계로 진입하였다.
가전기기의 스마트화는 빠르게 진행되고 있으며 AI 기능을 갖춘 가 전기기들이 시장에 속속 출현하고 있어서 스마트 가전기기는 스마트 홈의 핵심이다. 향후 스마트 홈은 고도화된 AI, 빅 데이터, 클라우드 등 이 결합되어 최적화된 시스템을 구축하는 통합단계를 거쳐, 스마트 헬 스케어 등을 포함하고 스마트시티 등의 다른 플랫폼과 연계될 전망이 다(산업통상자원부(2017b, p. 37).
스마트 홈 생태계는 IoT 통신이 가능한 디바이스, 플랫폼, 스마트 홈 서비스 등으로 구성되며, 이 모든 것을 연결하는 유무선 네트워크가 필 요하다. 스마트 홈 디바이스는 센서, Actuator, Gateway, IP(Internet
Protocol), 카메라, 반도체, 기기 등으로 구분할 수 있으며, 디바이스가
탑재된 제품군으로는 인터넷 통신 기능이 있는 TV 등의 생활가전 제품
군과 CCTV·보안, 조명·냉난방 시스템, 헬스 케어 등의 기기에 스마트
기능을 탑재한 스마트 제품군 등으로 구분할 수 있다.
스마트 홈 플랫폼은 스마트 홈의 핵심으로 스마트 홈 디바이스와 콘 텐츠를 연결하는 통로의 역할을 수행한다. 스마트 홈 플랫폼을 개발한 사업자를 중심으로 부가 서비스가 연결되기 때문에 글로벌 IT 업체, 가 전기기 회사, 통신회사 등이 경쟁적으로 스마트 홈 플랫폼을 개발하고 있으며, 현재 스마트 홈 서비스는 주로 가전기기에 네트워크 기반의 부 가 서비스를 제공하는 형태이다. 가전기기회사는 AI 기술을 탑재한 가 전제품, 통신기기회사는 CCTV, 보안 단말기, 스마트 전구, 스마트 온도 계 등의 비가전제품 등에도 통신기능을 탑재하고 있다.
2) 스마트 홈 주요 분야
전통적인 스마트 홈 분야는 크게 홈 오토메이션, HEMS, 홈 시큐리티 등으로 구분할 수 있으며, 최근에는 홈 엔터테인먼트와 홈 헬스케어 등 의 분야로 확대되고 있다. 가정 부문에서는 안전과 재난예방의 중요성 이 대두되면서 CCTV 수요가 크게 증가하고 있으며 IoT 확산과 CCTV 기술의 발전에 따라 CCTV가 가정 부문의 IoT 허브로도 사용된 사례가 있다. 최근에는 CCTV 뿐만 아니라 가전기기를 포함하는 다양한 디바 이스에 카메라나 센서를 부착하여 안전 및 재난예방에 대한 서비스를 하며, 일부 로봇청소기나 TV 등이 이러한 역할을 수행하고 있다.
HEMS는 가정의 에너지 기기들을 최적으로 제어하고 소비자에게 에 너지 사용량 등에 대한 정보를 제공함으로써 에너지 절감과 에너지 비 용의 최소화를 도모하고 있다. 태양광 발전과 ESS 등의 다양한 분산전 원과 전기자동차 등이 가정 부문에 도입됨에 따라 HEMS에는 다양한 형태의 서비스 유형이 나타나고 있다.
3) 스마트 홈 사이버 보안
IoT 시대에는 가정의 보안문제 뿐만 아니라 다량의 데이터의 이동에 따른 사이버 보안이 문제점으로 대두되고 있다. 최근에는 해킹 대상이 가전기기에까지 확대되었으며, IoT 연결 기기의 대부분이 수집된 정보 를 로컬 네트워크나 클라우드에 전송할 때 암호화하지 않은 상태로 전
송한다. IoT로 연결된 온도조절기, 도어 잠금장치, 스마트 전구, 에너지
관리 기기, 스마트 허브 등에서 기초적인 사이버 보안 문제가 있는 것 으로 알려져 있으며, 아직까지는 IoT의 사이버 보안에 대한 규제가 거
의 없다는 점도 스마트 홈의 문제점으로 대두되고 있다.
홈오토메이션이나 HEMS 등에서 IoT로 연결된 가정 부문의 기본 정 보 및 에너지 소비에 대한 정보 등이 관련 사업자에 의해 수집 및 관리 되는 경우에는 이러한 개인 정보의 유출에 따른 피해 발생 가능성이 존재한다.
4) 스마트 홈 시장 규모
국내 스마트 홈 시장 규모는 2015년 약 10.1조 원으로 2014년의 8.6 조 원에 비하여 17.8% 성장하였으며, 2019년의 국내 스마트 홈 시장 규 모는 21.2조 원 규모가 될 것으로 전망하였다. 2015년의 국내 스마트 홈 분야별 시장 규모는 스마트 TV & 홈 엔터테인먼트 분야 5.8조 원으
로 57.5%, 스마트 융합가전이 3.1조 원으로 30.4%, 스마트 홈 시큐리티
7,520억 원으로 7.5%, 홈오토메이션 3,550억 원으로 3.5%, 스마트 그린
홈 1,179억 원으로 1.1%를 차지하였다9).
나. 스마트 홈의 에너지 영향
1) 스마트 홈의 에너지사용량 증가 요인
스마트 홈은 스마트 가전기기, 스마트 Thermostat, 스마트 플러그, 스 마트 조명기기, 센서, Actuator, Gateway, HEMS 등으로 구성되며, 이러 한 스마트기기와 시스템 등의 도입에 따른 전기사용량은 증가한다.
9) ETNEWS 홈페이지: (http://www.etnews.com/20160205000066, 최종검색일 2018.11.6.)
분 류 디바이스 대기전력(W) 스마트 조명 Smart LED Bulbs 1.0
Gateways 1.6
홈 오토메이션
Gateways 1.7
IP camera 2.2
Mains Connected Sensors 0.6
Mains Connected Actuators 1.0
스마트기기 Appliances 0.4
Gateway 1.6
자료 : EDNA(2016, p. 5)
<표 2-3> 스마트 홈 분야의 디바이스별 대기 전력
스마트 홈을 구성하고 있는 다수의 스마트기기에서 얻어지는 빅 데이 터를 AI 등을 이용하여 처리하는 경우에는 통신 네트워크, 서버, 데이터 센터, ICT Infrastructure 등에서의 전력 소비가 크게 증가될 수 있다. EDNA(2016, pp. 5-7)가 향후 스마트기기들이 확산됨에 따른 각 기기들 의 대기전력 수요만을 대상으로 분석한 결과, 전 세계의 대기전력 수요 가 2015년부터 연평균 20% 증가하여 2025년에는 46TWh에 이를 것으로 전망되며, 이는 포르투갈의 2012년 전체 전력소비와 같은 수준이다10).
하나의 사례로서 IoT, AI 등의 4차 산업혁명 핵심기술이 채택된 냉장 고와 동일한 용량의 일반 냉장고의 전기사용량을 비교하여 스마트 냉장 고의 전기소비량 증가분을 간단하게 추정해 보았다. 에너지효율등급라벨 에 표기된 두 냉장고의 월 전기소비량은 각기 29.4 kWh와 26.4 kWh로 조사되었다. 따라서 두 냉장고의 전기소비량 차이(3 kWh/월)를 일반 냉 장고와 비교한 스마트 냉장고의 대기전력 증가분으로 추정할 수 있다.
10) 단, 이 분석은 IoT 기기의 도입으로 인해 증가하는 대기전력만 초점을 두었기 때문에 이러한 기기를 통한 에너지 절감효과는 고려하지 않은 한계가 있다(EDNA, 2016, p. 7).
제품 종류 용량(ℓ) 에너지소비 효율 등급
전기 소비량 (Kwh/월)
인공지능 전기냉장고 838 2 29.4
일반 전기냉장고 838 1 26.4
<표 2-4> 국내 전기냉장고의 에너지소비량
자료: 제품별 상세 스펙 자료를 활용하여 저자 작성
2) 스마트 홈의 에너지 절감 효과
ACEEE(2018)는 미국에서의 식기세척기, 세탁기, 냉장고, 조명 기기,
스마트 플러그, 스마트 Thermostat, 스마트 블라인드, HVAC 등을 대상 으로 스마트 홈 기술 도입에 따른 에너지 절감 효과를 분석하였다.
식기 세척기, 세탁기, 의류 건조기, 냉장고 등의 가전기기는 IoT로 연 결된 기기를 스마트폰을 이용하여 원격으로 제어하여, 주로 피크 시간 대를 피하여 에너지 소비량이 적은 시간대에 가전기기를 작동하여 에 너지 비용을 절감한다. 스마트 냉장고는 LCD 스크린, 카메라, IoT 연결 기기 등의 추가에 따른 에너지 소비량의 증가와 스마트 냉장고의 수요
반응(Demand Response, DR) 제도에 따른 에너지 비용의 절감 효과에
대해서는 종합적인 판단을 유보하였으나, 가전기기 제조회사들은 냉장 고 문의 개폐 행위를 줄임으로써 에너지 절감효과가 발생하는 것으로 주장하고 있다(ACEEE, 2018, p. 7).
기기 최종 사용처 에너지 절감량(액)
식기 세척기 가전 기기 5 – 9 % 에너지 비용*
세탁기 가전 기기 4 – 7 % 에너지 비용*
의류 건조기 가전 기기 4 – 7 % 에너지 비용*
냉장고 가전 기기 2 – 4 % 에너지 비용*
<표 2-5> 스마트 홈 기술의 에너지 절감 효과
LED 전구를 부착한 스마트 조명기기는 원격 제어와 자동 조절 기능 을 통하여 조도와 조명 시간을 제어하여 7-27%의 전기소비량을 줄일 수 있으나, 에너지스타(Energy Star) 제도의 조명기기와 비교한 LED 전 구만의 전기 소비량 절감 효과는 적은 수준으로 보고하였다. 스마트
Thermostat, 스마트 플러그, 스마트 HVAC, 스마트 온수기, 스마트 냉방
기 등의 도입에 따라 난방 또는 냉방에 소요되는 에너지 소비량을 상 당히 감소시킬 수 있으며, 스마트 블라인드는 냉난방 에너지소비량과 조명 에너지소비량 등을 모두 감소시킨다.
스마트 전원 스트립의 가전기기 대기전력을 차단하는 1단계 에너지 절감효과는 16-20%, 주변장치의 대기전력까지 차단하는 2단계 에너지 절감효과를 25-50%로 추정하였고, HEMS는 스마트 기술 도입에 의해
10-13%, 행동 변화 및 피드백에 의해 4-12%의 에너지 사용량을 감소시
킬 수 있을 것으로 추정하였다.
기기 최종 사용처 에너지 절감량(액)
TV 전자 기기 미약함
LED 조명 조명 미약함(에너지스타 대비) Smart
Thermostat HVAC 7 – 10 % 냉방 에너지 사용량
6 – 8 % 난방 에너지 사용량
Smart HVAC HVAC 10% 에너지 사용량
Smart 온수기 온수 15% 에너지 사용량
Smart 냉방기 냉방 2 – 3 % 에너지 비용*
Smart 블라인드 HVAC & 조명 11 – 20% 냉난방 에너지 사용량
3% 조명 스마트 전원
스트립 플러그 로드 16 – 20 % 에너지 사용량(기기의 대기전력차단)
25 – 50 % 에너지 사용량(주변장치 대기전력차단)
HEMS 다수의 시스템 10 – 13 % 에너지 사용량(기술) 4 – 12 % 에너지 사용량(행동변화) 자료: ACEEE(2018, pp. 26-27)
표주: * 에너지 비용 절감은 DR과 부하이동(load shifting) 의해 발생한다.